“绿巨人”蜥蜴揭开基因带来进化适应的秘密

“绿巨人”蜥蜴揭开基因带来进化适应的秘密 隆德大学的研究人员正在研究地中海壁蜥的体形、颜色和行为的进化,重点是神经嵴细胞的作用。他们的研究将实地观察与基因分析相结合,找出了导致壁蜥独特性状的基因。这项研究不仅加深了我们对遗传适应机制的理解,还为在其他脊椎动物物种中开展进一步的进化研究奠定了基础。资料来源:哈维尔-阿巴洛斯适应是一种基因变化,可提高在周围环境中的生存能力。它可能会影响颜色、形状和行为。然而,这种基因如何发挥作用的基础一直是个谜。在一项新的研究中,进化生物学家结合实地考察和 DNA 分析,对地中海地区大型、绿色、好斗、性征突出的壁蜥进行了研究。他们发现了一些导致壁蜥拥有绿巨人般外表的基因。"绿巨人"外观背后的所有组织和器官都是由早期胚胎中形成的神经嵴细胞发育而成的。隆德大学进化生物学家娜塔莉-费纳(Nathalie Feiner)说:"我们认为,这些细胞是形状、颜色和行为变化的基础,因此,这些特征是共同进化的。"研究小组对一种常见的壁蜥进行了研究,这种壁蜥具有绿黑相间的颜色、惊人的体型和攻击性行为。具有这种外貌的雄性壁蜥出现在几千年前,靠近今天的罗马,并显示出对其他颜色组合的雄性壁蜥的优势。这导致绿巨人蜥蜴遍布整个意大利。绿巨人蜥蜴。图片来源:哈维尔-阿巴洛斯"我们对神经嵴细胞的了解几乎完全来自小鼠等少数模式生物。我们现在正在绘制蜥蜴胚胎中这种细胞的图谱,以了解绿巨人蜥蜴等现象是如何进化的。"在接下来的几年里,费纳和她的团队将开展更多的实地研究,建立繁殖小组,并进行先进的遗传分析,包括使用 CrispR-Cas9 基因编辑技术。所有这一切的目的都是为了确定神经嵴细胞在颜色、形状和行为的交织进化中扮演着什么样的角色。"我们的研究重点是蜥蜴,但我们的发现可能适用于所有具有神经嵴细胞的动物,这将涵盖约 7 万种脊椎动物。"她说:"虽然我们的工作为进化如何发挥作用提供了一种可能的解释,但它也是许多新研究领域的开端。"编译自/scitechdaily ... PC版: 手机版:

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基因组研究支持反刍动物角和鹿角的进化过程不是独立的假设 作为小路易斯·格斯特纳 (Louis V. Gerstner, Jr.) 核心藏品的一部分,博物馆的理查德·吉尔德科学、教育和创新中心展出了各种各样的哺乳动物头饰。 图片来源:Alvaro Keding/AMNH这一发现由美国自然历史博物馆、巴鲁克学院和纽约市立大学研究生中心的研究人员发表在《通讯生物学》杂志上。“角和鹿角是极其多样化的结构,长期以来,科学家们一直在争论它们的进化起源,”巴鲁克学院和纽约市立大学研究生中心的助理教授、博物馆的研究员扎卡里·卡拉马里(Zachary Calamari)说。 “这项基因组研究不仅让我们更接近解决进化之谜,而且还帮助我们更好地了解所有哺乳动物的骨骼形成方式。”大约有 170 种现代反刍有蹄哺乳动物物种带有头饰,化石记录中的数量还有更多。 我们今天看到的头饰有四种类型:鹿角、角、骨角和叉角,它们有多种用途,包括用于防御、识别该物种的其他成员和交配。 直到最近,科学家们还不确定这些不同的骨制头饰是在每个反刍动物群体中独立进化的,还是来自共同的祖先。研究作者扎卡里·卡拉马里(Zachary Calamari)在美国自然历史博物馆扫描麋鹿头骨。 图片来源:Matt Shanley/AMNH作为比较生物学博士。 作为博物馆理查德·吉尔德研究生院的学生,Calamari 开始使用基因组和基于计算机的 3D 形状分析来研究这个问题。 卡拉马里与博物馆的弗里克哺乳动物化石馆长约翰·弗林合作,专注于对头饰的转录组进行测序,转录组是在特定时间在组织中表达的基因。 他们的研究支持这样一种观点,即所有反刍动物头饰的形式都是从一个共同的祖先进化而来的,是动物“前额”(头骨额骨附近的区域)的成对骨质生长物。弗林说:“我们的研究结果提供了更多证据,证明角是由颅神经嵴形成的,颅神经嵴是形成面部的胚胎细胞层,而不是由形成头部两侧和后部骨骼的细胞形成。令人惊讶的是,这些细胞与形成鹿角的细胞相同。 与其他骨骼和皮肤组织“对照”相比,牛角和鹿角的独特基因表达模式提供了令人信服的证据,证明这些壮观的骨骼结构的基本方面与古代祖先的共同起源。”通过将新测序的牛角转录组与鹿茸和猪皮转录组进行比较,Calamari 和 Flynn 首次利用转录组证实,头饰中的家族特异性差异很可能是随着从共同祖先遗传的一般骨骼结构的阐述而进化而来的。卡拉马里说:“除了支持角和鹿角单一起源的基因表达模式之外,我们的结果还表明这些结构中基因表达模式的调节可能与其他骨骼不同。这些结果帮助我们了解角和鹿角的进化历史,并可能表明其他反刍动物颅附属物(如骨角和叉角羚)的差异也是对共同祖先颅附属物的阐述。”编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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“基因程序”让所有植物的祖先征服了旱地 哥廷根大学培养的两株 Zygnema。C 表示叶绿体,N 表示细胞核,P 表示类核。单细胞丝含有两个叶绿体和一个细胞核。现在,在内布拉斯加-林肯大学的领导下,一个由来自全球 20 个研究机构的 50 名科学家组成的团队绘制了四株古老的Zygnema藻类的基因组图谱,揭开了最早陆地植物的基因创新之路。内布拉斯加大学林肯分校的计算生物学家、该研究的共同通讯作者尹彦斌说:"这是一个进化的故事。它回答了最早的陆生植物是如何从水生淡水藻类进化而来这一根本问题。"基因组测序是确定生物体完整遗传物质(DNA)的过程,并将其组装成一个可计算的表示形式。它为研究物种进化和了解遗传多样性提供了宝贵的资源。如果全基因组测序是在基因所在的染色体水平上进行的,则会更有用。绘制海藻基因组图谱揭示了陆生植物的进化过程 Klára Plíhalová/Wikimedia CommonsCC BY-SA 4.0研究人员利用德克萨斯大学奥斯汀分校的藻类培养库中的两个样株和德国哥廷根大学的两个样株,组建了四个多细胞藻类样株。Zygnema属于淡水和半陆生藻类Zygnematophyceae(双星藻属),有4000多个已描述的物种,能适应紫外线、极端干燥和冰冻等极端压力。陆生植物的一个显著特点是它们的多细胞体。多细胞基因与对环境压力的反应密切相关,为植物的适应性奠定了基础。研究人员利用尖端的DNA测序技术,生成了完整的染色体级藻类基因组。通过将这些基因组与其他植物和藻类的基因组进行比较,研究人员发现了双星藻属的基因创新。他们发现了涉及生长和发育、细胞分裂、细胞壁生物合成和重塑的"基因程序",以及由环境线索触发的基因。基因的共同表达表明,它们共同感知环境并相应地调节植物生长。"我们的基因网络分析揭示了基因的共同表达,特别是那些在陆生植物和裸子植物最后的共同祖先中扩展和获得的细胞壁合成和重塑基因,"Yin说。"我们揭示了平衡环境响应和多细胞细胞生长机制的深层进化根源"。研究人员说,他们的发现将引发进一步的研究,这对生物能源、水的可持续性和碳封存都有重要意义。哥廷根大学的共同通讯作者扬-德-弗里斯(Jan de Vries)说:"我们不仅为整个植物科学界提供了宝贵的高质量资源,使他们现在可以探索这些基因组数据,而且我们的分析还发现了环境反应之间错综复杂的联系。"这项研究发表在《自然遗传学》杂志上。 ... PC版: 手机版:

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生物学家研制出光动力酵母菌 带来对进化、生物燃料和细胞衰老的新认识 Anthony Burnett说:“坦率地说,我们对将酵母转化为光养生物(能够利用光能的生物)是多么简单感到震惊。我们所需要做的就是移动一个基因,它们在光照下的生长速度比在黑暗中快2%。没有任何微调或精心的哄骗,它就是有效的。”很容易地为酵母配备这样一个进化上重要的特征,可能对我们理解这种特征是如何起源的意义重大,以及如何将其用于研究生物燃料生产、进化和细胞老化等问题。寻找能量提升这项研究的灵感来自于该小组过去研究多细胞生命进化的工作。该小组去年在《自然》杂志上发表了他们的第一份关于多细胞长期进化实验(MuLTEE)的报告,揭示了他们的单细胞模式生物“雪花酵母”是如何在3000代的时间里进化出多细胞的。在这些进化实验中,出现了多细胞进化的一个主要限制:能量。“氧气很难扩散到组织深处,因此你得到的组织没有能力获得能量。”“我一直在寻找绕过这种基于氧的能量限制的方法。”在不使用氧气的情况下给生物体提供能量的一种方法是通过光。但是从进化的角度来看,将光转化为可用能量的能力是复杂的。例如,允许植物利用光作为能量的分子机制涉及许多基因和蛋白质,这些基因和蛋白质在实验室和自然进化中都很难合成和转移到其他生物体中。幸运的是,植物并不是唯一能将光转化为能量的生物。保持简单生物体利用光的一种更简单的方法是利用视紫红质:一种无需额外的细胞机制就能将光转化为能量的蛋白质。该研究的主要作者Autumn Peterson说:“视紫红质在生命之树上随处可见,显然是生物体在进化过程中相互获取基因而获得的。”这种类型的基因交换被称为水平基因转移,涉及在不密切相关的生物体之间共享遗传信息。水平基因转移可以在短时间内引起看似巨大的进化跳跃,比如细菌如何迅速对某些抗生素产生耐药性。这可能发生在所有的遗传信息中,特别是在视紫红质蛋白中。“在寻找将视紫红质转移到多细胞酵母中的方法的过程中,我们发现我们可以通过将其转移到常规的单细胞酵母中来了解过去在进化过程中发生的视紫红质水平转移。”为了观察他们是否能给单细胞生物配备太阳能视紫红质,研究人员将一种由寄生真菌合成的视紫红质基因添加到普通的面包酵母中。这种特殊的基因被编码为一种视紫红质,这种视紫红质会被插入细胞的液泡中,液泡是细胞的一部分,像线粒体一样,可以将视紫红质等蛋白质产生的化学梯度转化为能量。配备了空泡紫红质,酵母在光照下的生长速度大约快了2%这对进化来说是一个巨大的好处。“在这里,我们有一个单一的基因,我们只是把它跨环境拉到一个以前从未有过光养性的谱系中,它就这样工作了。”“这表明,这种系统真的很容易,至少有时,在一个新的有机体中发挥作用。”这种简单性提供了关键的进化见解,研究人员说明了“视紫红质能够轻易地在如此多的谱系中传播,以及为什么会这样”。由于空泡功能可能有助于细胞衰老,该小组也开始合作研究视紫红质如何能够减少酵母的衰老效应。其他研究人员已经开始使用类似的新型太阳能酵母来研究推进生物生产,这可能标志着生物燃料合成等方面的重大进步。然而,这一团队更热衷于探索这种额外的好处如何影响单细胞酵母向多细胞生物的转变。“我们有这个美丽的简单多细胞模型系统,”Burnett说,他指的是长期运行的多细胞长期进化实验(MuLTEE)。“我们想给它光营养,看看它是如何改变它的进化的。” ... PC版: 手机版:

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